Science:CRISPR先驱张锋又一突破,新技术扩展了RNA编辑功能

医疗健康 来源:医药魔方Pro 作者:采薇
2019
07/18
11:26
医药魔方Pro
作者:采薇
医疗健康

基于CRISPR技术的基因编辑工具自问世以来,彻底改变了人类对基因进行编辑和调控的方式。CRISPR技术包括一系列可以操纵基因及其表达的工具,如靶向DNA的Cas9和Cas12酶,以及靶向RNA的Cas13酶等等。

任何时候,对于人体DNA的改变都应谨慎对待,尤其是可遗传的改变。相比而言,特定的RNA在体内存在的时间较短,因此靶向与疾病相关的RNA突变是一个更安全的选择,可避免对基因组进行永久性改变及因此可能带来的潜在风险。

近日,华人科学家张锋及其团队开发出一种名为RESCUE 的全新CRISPR基因编辑技术,可以实现之前无法做到的RNA单碱基编辑。该成果于7月11日发表在Science上 [1]。

CRISPR 工具包新成员

RESCUE (RNAEditing for Specific C to U Exchange),即用于胞嘧啶(C)向尿嘧啶(U)特异性变化的RNA编辑系统,是由张锋教授团队先前开发的REPAIR技术改进而来[2]。

REPAIR是基于靶向RNA的CRISPR/Cas13系统开发的,能利用一种叫做ADAR2的酶,特异性地将RNA上的腺嘌呤(A)转化为肌苷(I)。在细胞看来,I与鸟嘌呤(G)没有区别,因此就能按G处理,合成具有正常生理功能的蛋白质。这一逆转有助于从根源上治疗一些由G向A突变引发的疾病。

在此基础上,张锋教授团队通过进化ADAR2酶,使其拥有了全新的功能,即借助失活的 Cas13 引导,将RNA 中的C转化为U,与此同时,它原先将A转化为I的功能也得到了保留。RESCUE使RNA编辑可靶向的致病性突变数量加倍。

图片来源:Science

张锋教授说:“为了治疗导致疾病的多种不同遗传变异,我们需要一系列精准技术以供选择。通过开发这种全新的酶,并将其与CRISPR系统的可编程性与精准性进行整合,我们能填补工具箱中的一个巨大空缺。”

ADAR2酶定向进化方法示意图。图片来源:Science

RESCUE的潜力

RESCUE大大扩展了CRISPR工具能够靶向的范围,包括许多蛋白质活性和功能的位点(如磷酸化、糖基化和甲基化)。这些位点充当蛋白活性开启/关闭的开关,主要存在于信号分子和癌症相关通路中。

为了测试RESCUE的潜力,研究团队进一步在人类细胞中对多个关键RNA进行了编辑。

RNA编辑的一个主要优势是它的可逆性,而DNA水平的变化是永久性的。因此,在可能需要临时而非永久性修改的情况下,RESCUE可以发挥其独特优势。

为了证明这一点,研究团队在人类细胞中使用RESCUE靶向编码β-catenin的RNA特定位点(已知其在蛋白质产物上被磷酸化),短期激活该蛋白并促进细胞生长。

如果这种改变是永久性的,就会导致细胞不受控的生长,甚至是癌症。但使用RESCUE系统编辑RNA,细胞的短期生长则可以被用来促进伤口愈合,以应对急性损伤。

利用RESCUE系统编辑RNA以短期激活β-catenin蛋白,促进细胞生长。图片来源:Science

此外,一些细胞类型,如神经元,很难通过CRISPR/CAS9进行编辑,因此需要新的策略来治疗影响大脑的破坏性疾病。

这里,研究人员瞄准了一种晚发性阿尔茨海默病的遗传危险因素APOE4。APOE2与APOE4之间只有微小的差异,但前者却不是危险因素。研究人员通过RESCUE技术将风险相关的 APOE4 RNA 中的C转化为U,从而将其转化为非危险因素APOE2。

总的来说,RESCUE是一个可编程的基础编辑工具,能够精确地将C转换为U,它为RNA靶向工具包增添了新的基础编辑功能,也为扩展遗传疾病的建模和潜在疗法铺平了道路。

来源:医药魔方Pro   作者:采薇

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